JPS6036022B2 - 電圧―電流変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電圧−電流変換器に係り、ベース（又はゲート
）間に定電圧源が接続されてなる互いに接合層構造（又
はチャンネル）の異なるトランジスタを用いることによ
り、これらのトランジスタの両出力電流が合致する電流
値が小で、かつ、所定の傾斜で相補的な電圧−電流変換
特性を正確に得ることができ、しかも集積回路化に好適
な電圧−電流変換器を提供することを目的とする。

近年、マイクロカセットや薄型ラジオ等の小型商品の開
発に伴って、その内部回路もスペースをとらず、また低
電圧で動作する回路が要求されるようになった。この要
求を満たすためには、特に低い電源電圧（例えば１．５
Ｖぐらいまで）で動作するような電力増幅器の集積回路
を開発する必要があり、かつ、これを駆動するために低
電圧で動作しうる電圧−電流変換器が必要とされるよう
になつた。第１図は上記の用途に供し得る従来の電圧−
電流変換器の一例の回路図を示す。

同図中、ＮＰＮトランジスタＱｏ，，Ｑ２は差増幅器を
構成しており、それらのコレクタとコレク夕負荷抵抗Ｒ
ｏ，，Ｒｏ２との接続点にＰＮＰトランジスタＱの，
Ｑ，のベースが接続されている。上記トランジス′タＱ
。，，偽２のベースに印加された入力電圧は、上記トラ
ンジスタＱｏ３，Ｑ似のコレクタより電流ｉ．，ｉ２に
変換されて出力される。この入力電圧対出力電流特性は
第２図に示す如く、相補的なものとなり、それらの交点
の電流値１は比較的低い。この電圧−電流変換器を上記
の電力増振器に適用した場合は、上記電流値１をアィド
リング電流とすることにより、大信号入力時には大なる
電流利得が得られる。

しかるに、上記の従来変換器は、トランジスタＱ３，Ｑ
４のベース電圧の変動に対する出力電流ｉ，，ｉ２の変
動の割合が、トランジスタの一般的なべース電圧対コレ
クタ電流特性からもわかるように、極めて大となるため
、上記電流値１を正確に設定することが極めて困難で、
前記の電力増幅器に適用する場合は抵抗Ｒｏ・，Ｒｏ２
、トランジスタＱ３，Ｑ４等に高精度のものを必要とす
る等の欠点があった。

本発明は上記の欠点を除去したものであり、第３図乃至
第５図と共にその一実施例について説明する。

第３図は本発明になる電圧−電流変換器の一実施例の回
路図を示す。

同図中、１は電圧入力端子、Ｑ，，Ｑ２は電圧−電流変
換用のＮＰＮトランジスタ、ＰＮＰトランジスタである
。トランジスタＱ，，Ｑ２のベース間には、コレクタ及
びベースが短絡されてダイオード接続されたＮＰＮトラ
ンジスタＱ３が介挿接続されている。またトランジスタ
Ｑ，，Ｑ２のェミッタ間には、上記と同様にダィオ−ド
接続とされたＰＮＰトランジスタＱが介挿接続されてい
る。ＮＰＮトランジスタＱ５及びＱ６は差動増幅回路を
構成し、トランジスタは，Ｑ６のベースは入力端子１、
基準電圧Ｖ＾を出力する定電圧源２に接続されている。
またトランジスタＱのコレクタは、ベース及びコレクタ
が短絡されているＰＮＰトランジスタＱ７のコレクタ及
びベースに接続され、トランジスタＱ５のコレクタは上
記トランジスタＱ４のベース及びコレクタに後続されて
いる。上記トランジスタＱ７のベース、ェミツタはＰＮ
ＰトランジスタＱのベース・ェミツタと共通接続とされ
、カレントミラー回路を構成している。

このカレントミラー回路の出力側トランジスタＱ８のコ
レクタは、前記トランジスＱ２のェミッタ及びＱのェミ
ッタに夫々接続されている。また前記トランジスタＱ３
のベース及びコレク外ま抵抗Ｒ，を介して電源電圧（十
Ｖｃｃ）入力端子に接続され、Ｑ３のェミッタは定電流
１。，を出力する定電流源３を介して接地され、他方、
トランジスタＱ，Ｑ６のェミッタは定電流し２を出力す
る定電流源４を介して接地されている。次に上記の構成
回路の動作について説明する。

上記トランジスタＱ，，Ｑ２のコレクタ電流を１，，１
２、またトランジスタＱ８，Ｑ４のコレクタ電流を第３
図に示すように１３，１４とする。また、トランジスタ
Ｑ７，Ｑ８は特性の等しいトランジスタが使用されてお
り、トランジスタＱ７のコレクタ電流は上記電流１３１
こ略等しい。一方、トランジスタＱ７のコレクタ電流と
上記電流Ｌとの和は常に定電流Ｌ２に等しい。従って、
電流１３と１４には１３十１４＝Ｌ２
【１｝なる関係が常に成立する。また
、ダイオード接続とされたトランジスタＱのベース・ェ
ミッタ間の電位Ｖｏ，は、定電流源３により定電圧とさ
れている。

いま、トランジスタＱ５及びＱよりなる差動増幅回路が
平衡状態にあるものとすると、トランジスタＱ５及び物
のコレクタ電流は等しくなるかり、１３＝１４
【２｝なる関
係が成り立つ。

従って、このときはトランジスタＱ，，Ｑ２からの出力
電流１１，１２は１１＝１２＝もとなり、回路は平衡す
る。

次に入力電圧Ｖ，が上記平衡状態のときの値Ｖハよりも
大になるに従って電流１４はとなり、かつ、｛１）式よ
り明らかなように電流１３は小となるので、それらの差
動電流がダイオード接続としたトランジスタＱ４の両側
の接続点に流れ、出力電流１，は大、出力電流１２は小
になる。

逆に入力電圧Ｖ【が上記平衡状態のときの値よりも小に
なるに従って電流１３が大、電流Ｌがづ・となり、上記
とは逆に出力電流１，は小、出力電流１２は大となる。
このようにして、トランジスタＱ，，Ｑ２のコレク夕よ
り取り出される電圧−電流変換された電流１，，１２は
互いに相補的なものとなる。また第３図に示す回路では
トランジスタＱ，．Ｑ２のベース・エミツタ間電圧ＶＢ
ｏ，，ＶＢＧ２と、トランジスタ馬，Ｑ，のベース・ヱ
ミツタ間電圧Ｖｏ，，Ｖｏ２とは次式の関係で表わせる
。ＶＢＢ，十ＶＢＥ２＝ＶＤ，十ＶＤ２ 芋（１桜川学） ＝申ｎ銭。

２ ‘３’ となる。

但し、【３｝式中１の：トランジスタＱ３，Ｑ４のＰＮ
接合の逆方向飽和電流、ｑ：電子の電荷、ｋ：ボルッマ
ン定数、Ｔ：トランジスタＱ３，Ｑ４のＰＮ接合の絶体
温度である。従って、定電新８ｏ，の値を４・さくし、
定電流ｌｏ２の値を大きく選定することにより、トラン
ジスタ法，Ｑよりなる差動増幅回路が平衡状態のときの
出力電流ら（＝１，＝１２）が小となり、かつ、差動増
幅回路が不平衡状態となったとき（入力端子１に交流電
圧が入来する場合等）には大なる電流利得が得られる。

このような入力電圧Ｖ，と出力電流１，，１２との関係
は第４図に示す如くになる。本実施例では定電流源３及
び４を調整することによって上記電流値らを決定できる
ので、簡単かつ正確に上言己差動増幅回路の平衡状態の
時の電流値を小なる値Ｌ‘こ設定できる。なお、トラン
ジスタＱ，とＱ、Ｑ２とＱ４とを夫々同一の接合層構造
のトランジスタを使用しているので、温度補償を行ない
得、また集積回路（ＩＣ）化に適している。第５図は本
発明変換器を電力増幅器のドライブ回路に適用した場合
の回路図を示す。同図中、第３図と同一部分には同一符
号を付し、その説明を省略する。トランジスタＱ，のコ
レクタは、ＰＮＰトランジスタＱ及びＱ，。よりなるカ
レントミラー回路の入力側トランジスタＱ９のベース及
びコレク外こ接続されている。このカレントミラー回路
の出力側トランジスタＱ，ｏのコレク夕は、ＮＰＮ型の
パワートランジスタＱ，．のベースに接続されている。
一方、トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ３を介し
て接地されると共に、ＮＰＮ型のパワートランジスタＱ
，２のベースに援続されている。パワートランジスタＱ
，．のエミツタとＱ，２のコレクタとは、出力端子５に
接続される一方、パワートランジスタＱ，．の電圧利用
率の悪さを補償するためのブートストラップ用コンデン
Ｃ，を介してトランジスタＱ及びＱ．ｏのェミッタに共
通接続されている。また、出力端子５は抵抗Ｒ４を介し
て図示しない入力電圧増幅器段へ負帰還されている。上
記の回路において、電圧−電流変換されて取り出された
出力電流１，，１２のうち、１．はトランジスタＱ及び
Ｑ，。

よりなるカレントミラー回路を通してパワートランジス
タＱ，．をドライブし、１２はパワートランジスタＱ，
２を直接ドライブする。これにより、入力端子１に入釆
した交流電圧は、その正極性又は負極性の部分がパワー
トランジスタＱ，．又はＱ，２により夫々電力増幅され
て出力端子５より出力される。ここで、入力端子１に交
流電圧が印加されていないとき、トランジスタ纂及びＱ
６よりなる差動増幅器を平衡状態とする如き直流電圧が
印加されるよう予め設定してある。従って、入力交流電
圧が入来しないときは、トランジスタＱ，，Ｑ２のコレ
クタよりの出力電流は電流値が小なる前記ｌｏで、これ
をアィドリング電流とすると、第４図より明らかなよう
に、入力端子１に大振幅の交流電圧が入来したときは、
大なる電流利得が得られることがわかる。また交流電圧
が入力端子１に入釆しないときは、ブートストラップ用
コンデンサＣ，は抵抗Ｒ２を介して印加される電源電圧
によって充電される。また電源電圧が１．５Ｖ以上であ
れば、この電圧−電流変換器は動作するので、高電圧の
ときは勿論のこと低電圧（例えば２Ｖ以下）でもパワー
トランジスタＱ，，．Ｑ１２を充分ドライブできる。

なお、トランジスタＱ２の出力側にカレントミラー回路
を設け、このカレントミラー回路とトランジスタＱ，の
出力側に設けられたカレントミラー回路とに夫々電流利
得をもたせることにより、更に大なる電流をパワートラ
ンジスタＱ，．，Ｑ，２に流すことができる。なお、上
記の実施例ではＱ，，Ｑ２として互いに接合層構造の異
なるバィポーラ・トランジスタを使用したが、これに限
定されるものではなく、ＰチャンネルとＮチャンネルの
電界効果トランジスタを夫々使用することもできる。

またトランジスタＱ３，Ｑ４はダイオードでもよい。ま
た、本発明変換器は第５図で説明したような電力増幅器
に適用する場合以外にも、フ。１」アンプや演算増幅器
等にも適用し得る。

上述の如く、本発明になる電圧−電流変換器は、互いに
接合層構造（又はチャンネル）の異なる第１及び第２の
トランジスタのベース（又はケーート）間にダイオード
後続されたトランジスタ又はダイオード等の第１のダイ
オード素子を接続し、かつ、第１及び第２のトランジス
タのェミッタ（又はソース若しくはドレィン）間にダイ
オード接続されたトランジスタ又はダイオード等の第２
のダイオード素子を接続し、第１のダイオード素子を定
電流源に接続して定電圧源を構成し、第２のダイオード
素子の両側の接続点のうち一方をカレントミラー回路に
接続すると共に他方を差動増幅回路を構成する２つのト
ランジスタの一方の出力側に接続し、差動増幅回路を構
成する２つのトランジスタのうち一方の入力端には入力
電圧を供給すると共に他方の入力端には基準電圧を供給
することにより、差動増幅回路より基準電圧に対する入
力電圧に応じた差動電流を上記第２のダイオード素子の
両側の接続点に流し、上記入力電圧を上記第１及び第２
のトランジスタのコレクタ（又はドレィン若しくはソー
ス）の少なくともいずれか一方より電流に変換して出力
するようにしたため、第１及び第２のトランジスタのコ
レクタ（又はドレィン若しくはソース）よりの出力電流
の値が共に一致するときの電流値ｌｏが比較的小で相補
的な入力電圧対出力電流特性を正確に得ることができ、
低電圧（例えば２Ｖ以下）でも動作でき、上記ダイオー
ド接続されたトランジスタ及び上記定電圧源の構成によ
り、温度補償ができるので、温度に対する安定な動作範
囲を広くとることができ、上記定電圧源を定電流源とダ
イオード接続したトランジスタとより構成することによ
り、定電流源の電流で上記電流値ｌｏを調整できるので
、調整が簡単でかつ正確に電流値１。

を設定でき、また直流結合の構成としたので集積回路化
に好適であり、また例えば電力増幅器のドライブ回路に
適用した場合は、上記電流値ｌｏをアィドリング電流と
することにより、電流利得を充分大にとることができ、
また低電圧でパワートランジスタをドライブできるので
、電池で動作させる場合に極めて有利である等の数々の
特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆の電圧−電流変換器の一例の回路図、第２
図は第１図の入力電圧対出力電流特性の一例を示す図、
第３図は本発明変換器の一実施例を示す回路図、第４図
は第３図の入力電圧対出力電流特性の一例を示す図、第
５図は本発明変換器を電力増幅器のドライブ回路に適用
した場合の一例を示す回路図である。 １・・・電圧入力端子、２・・・定電圧源、３，４・・
・定電流源、５・・・出力端子、１，，１２・・・出力
電流、Ｑ．・・・電圧−電流変換用ＮＰＮトランジスタ
、Ｑ２・・・電圧−電流変換用ＰＮＰトランジスタ、Ｑ
５，Ｑ・・・差動増幅回路を構成するＮＰＮトランジス
タ、Ｑ，．，Ｑ，２・”パワートランジスタ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに接合層構造（又はチヤンネル）の異なる第１
   及び第２のトランジスタのベース（又はゲート）間にダ
   イオード接続されたトランジスタ又はダイオード等の第
   １のダイオード素子を接続し、かつ、該第１及び第２の
   トランジスタのエミツタ（又はソース若しくはドレイン
   ）間にダイオード接続されたトランジスタ又はダイオー
   ド等の第２のダイオード素子を接続し、該第１のダイオ
   ード素子を定電流源に接続して定電圧源を構成し、該第
   ２のダイオード素子の両側の接続点のうち一方をカレン
   トミラー回路に接続すると共に他方を差動増幅回路を構
   成する２つのトランジスタの一方の出力側に接続し、該
   差動増幅回路を構成する２つのトランジスタのうち一方
   の入力端には入力電圧を供給すると共に他方の入力端に
   は基準電圧を供給することにより、該差動増幅回路より
   該基準電圧に対する該入力電圧に応じた差動電流を上記
   第２のダイオード素子の両側の接続点に流し、上記入力
   電圧を上記第１及び第２のトランジスタのコレクタ（又
   はドレイン若しくはソース）の少なくともいずれか一方
   より電流に変換して出力するよう構成したことを特徴と
   する電圧−電流変換器。